跳到主要内容
Sandbox Physics
从遥远的光走到星系计数

L1 · 光、图像与筛选

为什么一个滤光片里星系不见了

星系可以在一块红外滤光片里清楚可见,在稍蓝的滤光片里却只剩噪声。它并没有在两次拍摄之间熄灭。沿途气体去掉了一段光谱,宇宙膨胀又把这道缺口移到了我们选择的波段里。

沿途的氢把短波长光移出视线

星系之间也有气体,称为星系际介质。其中的中性氢可以吸收和散射紫外光。光穿过不同距离处的气体时,一串氢吸收特征会落在不同的观测波长上。把许多这样的影响叠起来,较短波长的一侧就可能被压得很暗。

这里先用一个清楚的理想化图景:把静止系一百二十一点六纳米以下的光完全截掉,长侧继续透过。它抓住高红移缺光选择的主要位置关系。真实的透射会随气体分布与视线变化;Inoue等人研究的是包含多类吸收体的平均透射模型。

这个近似位于莱曼阿尔法附近。早期红移三左右研究常用的莱曼连续谱电离边缘在更短波长处,两者有不同的物理细节。解释一份具体样本时,应先认清它正在利用哪一道谱结构。

对应阅读:Inoue et al. (2014) · Steidel et al. (1996)

缺口移过的是一段通带

红移十时,波长拉长到十一倍,理想截断落在约一点三三七六微米。红移八时它在一点零九四四微米,红移十三时则到一点七零二四微米。缺口向红端移动,受影响的滤光片也跟着换。

看下面四条NIRCam通带。通带表示不同波长对探测信号的贡献,不是四条没有宽度的竖线。缺口进入一块滤光片后,长侧还在透光,短侧已经暗下去。整块通带的通量会随缺口的位置连续改变。

四条原生NIRCam通带,以及红移八、十、十三的独立理想星系际截断参考
上图为冻结的STScI第七版总系统通带,保留原生波长结点。下图只画归一化的理想锐利吸收参考,分别对应红移八、十、十三。它说明缺口位置,没有拟合真实星系际透射。

对应阅读:STScI · Inoue et al. (2014)

光子探测器怎样把整段光合起来

光子探测器接收到的数量,与光谱在通带中的分布有关。每个光子的能量随波长改变,透光效率也在改变。给出一个通带平均谱密度时,必须使用与这种计数方式相应的权重。

对这里按频率写的谱密度,波长积分中的权重是透光效率除以波长。积分号表示把通带切成很细的小段,再把它们的贡献相加。

⟨fν⟩T=∫fν(λ) T(λ) dλ/λ∫T(λ) dλ/λ\langle f_\nu\rangle_T=\frac{\int f_\nu(\lambda)\,T(\lambda)\,d\lambda/\lambda}{\int T(\lambda)\,d\lambda/\lambda}
这里仍按每赫兹描述谱密度,波长只是积分横坐标。分子累加实际光谱的贡献;分母让一条平坦频率谱在不同滤光片里仍得到同一个平均值。枢轴波长适合给通带一个代表位置,平均值仍由整段光谱决定。
给定的受控源本征紫外绝对星等F115W通量(纳扬斯基)F150W通量(纳扬斯基)
红移八−19.518.626.8
红移十−19.50.000061318.7
红移十三−20.000.00137

对应阅读:STScI synphot · STScI · Sandbox Physics

蓝端缺光还要配上红端检出

源的物理通量是非负的,带噪测量却会在真实值两侧起伏。减去背景后,一个几乎没有蓝光的源,测得小正值或负值都很正常。直接把这样的通量取对数,会丢掉有用的误差信息;先保留通量与不确定度,才便于判断这次测量有多显著。

在这份受控例子里,信噪比就是测得总通量除以它的不确定度。筛选要求F115W的信噪比低于二,F150W的高于五,并且F200W的高于三。后两条让较红的图像提供一个可信源。

尘埃也会让颜色变红,因此“红”本身有多种解释。这里的一组较厚尘屏例子仍然通过:F150W信噪比约五点二九,F200W约五点四七,蓝端也足够弱。它告诉我们,尘屏改变光谱,但每个源是否入选仍由实际测量决定。

真实巡天还要辨认低红移星系、恒星与噪声等候选来源。给这些来源建立合适的颜色与光谱模型,才能进一步研究一个观测样本中有多少可靠的远处星系。

对应阅读:Sandbox Physics · Inoue et al. (2014)

亲手观察

跟着缺口经过四个波段

  1. 先固定尺寸与尘屏,缓慢增大红移,比较蓝端和两个红端的信噪比。
  2. 选“下一个波段也消失”,预测F150W筛选会怎样,再看F200W。
  3. 比较“加一层尘屏”与默认源,把通量变暗和是否越过筛选阈值分开说明。

这里用四条真实通带、规定连续谱与锐利星系际截断计算像素;三条筛选是这项受控实验的给定条件。

一手来源与计算说明

  1. Steidel et al. (1996), Spectroscopic confirmation of a population of normal star-forming galaxies at redshifts above three

    第2—3节与图1:一九九五年十月Keck/LRIS光谱、颜色选出的候选源与列出的星系红移。不重算文中不同候选总数,也不采用旧光度函数数值。

  2. STScI, NIRCam filters and mean system throughput

    冻结第七版F115W、F150W、F200W与F277W四条探测器平均总系统通带。原始表格URL与SHA256随数值例子保存。通带与点扩散函数、曝光噪声标定各有用途。

  3. STScI synphot, Photometric properties

    通带加权与枢轴波长定义。枢轴波长属于通带,宽通带测量仍要对源光谱加权。

  4. Inoue et al. (2014), An updated analytic model for attenuation by the intergalactic medium

    引言及3.1节/图5:星系际氢与平均莱曼阿尔法透射。受控例子另用1216埃处的锐利截断,没有复现该文完整吸收模型。

  5. Sandbox Physics, specified synthetic imaging examples

    原创受控例子,含准确参数、距离、原生通带总量与保存的噪声测量。不含观测星系目录、混合来源ZIP、交互引擎或实测宇宙光度函数。

反馈这个页面有错误、看不明白,或者缺了什么?告诉我们
反馈类型

提交时会附带本页地址、Lab ID、网站语言和设备类型。请不要填写个人信息。反馈最多保存 12 个月。隐私政策